Hafıza Cihazları Paketleme Teknolojilerindeki Son Gelişmeler
;Özet:Son kullanıcıya yönelik elektronik eşyaların gelişimi son iki yılda büyük ilerleme kaydetti. Taşınabilir pek çok elektronik eşya dijital hafıza gereksinimlerini beraberinde getirdiler.Bu yüzden, USB sürücüleri, Compact Flash, Memory Stick, SD ve multimedya kartlarının pazardaki talebi de arttı. Bunlarla birlikte PC ve diz üstü bilgisayarlar için DRAMler de çeşit ve hızlarını arttırdılar. Bütün bu gelişmelerle birlikte, hafıza cihazlan paketleme teknolojileri de hızla gelişti. Bu makale aşağıda belirtilen dört başlığı içermektedir.1.DRAM paketleme teknolojilerinin ve işlevlerinin gözden geçirilmesi -DRAM paketleri ilk olarak PC anakartları üzerinde DIMM modüllerinde kullanıldı. DDR ve DDR2 DRAM teknolojilerindeki G/Ç sayısının artmasıyla beraber paketleme şekli de daha hızlı olan (FBGA gibi) CSP metotlarına geçildi.
2.Flash hafızaların gözden geçirilmesi ve paketleme metotları -256MB ve daha düşük hafıza kapasitelerindeki flash hafızalar ve SRAM paketleri küçük ebatlardadır. Fakat 512MB ve daha yüksek kapasiteli hafıza kartları daha yaygındır. TSOP (1. tür) gibi paketleme teknolojileri ebat küçültme konusunda yetersiz kalmaktadır. Bu noktada alternatif paketleme metodu olarak VFBGA CSB açıklandı.
3.Yığınlama -Ağırlığın ve boş alanın azaltılması için üç boyutlu yığınlama sıkça kullanılmaktadır. Sıkça kullanılan tabaka yığınlama ve paket yığınlamanın farklı avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Bu iki metodu seçme kriterleri ve uygulama koşulları ayrıntılı bir şekilde tartışılmıştır.
4.Yeni trendler ve sonuç -Hafiflik, küçük hacim, yüksek hız, düşük maliyet ve yüksek performansın sağlanarak paketleme teknolojilerinin yaklaştığı noktada 3. tür CSP teknolojilerinin kullanılması.
5.Ultra-ince elektronik cihaz paketi -Ince IC çiplerini, ince esnek devreleri ve yapışkan flip çip teknolojisini birleştiren ultra-ince alet paketi fizibilite çalışması. Bu yeni paket konsepti kullanılarak 150 mikrondan daha ince ve düz olamayan yüzeylere takılabilecek kadar esnek 512 Kbyte SRAM hafıza modülü üretimi. Bu ultra-ince modüllerden iki tanesinin 1 Mbyte hafıza kapasitesine sahip bir 3D paketi oluşturmak için kullanılması ve bu paketin halen kullanılan paketlerden 30 kat daha ince ve 30 kat daha hafif olması.
;Giriş:Taşınabilir elektronik cihazların boyutlarındaki küçülme yarı iletken çiplerin paket büyüklüklerinde de küçülme zorunluluğunu beraberinde getiriyor. Cep telefonu, dijital kamera, pda ve mp3 player gibi taşınabilir cihazlar dijital hafıza gereksinimleri ile birlikte geliyorlar. Telekomünikasyon şirketleri, ürettikleri cihazlarda küçük boyutlarda daha iyi performansı sağlamak için birden fazla hafıza gereksinimine karşılık veren MCP (multichip packages -çoklu çip paketi), SiP (system in package -tek paket içinde sistem) ve S-CSP (stacked chip scale packages -yığınlı çip paketleri) gibi IC (integrated circuits -tümleşik devreler) paketleme metotları kullanıyorlar. Günümüzde bütün dijital hafıza kartlarına büyük bir tüketici talebi bulunmaktadır. Tüm bunlar küçük boyut, ucuz maliyet ve yüksek performans gereksinimini beraberinde getirmektedir. Bu makale dijital hafıza kartlarının günümüz paketleme trendlerine değinmektedir. ;Paketleme Trendleri ve Gereksinimleri:Tümleşik devrelerde düğümlerin 1 00 nanometrenin altına inmesi ile tabaka boyutlan da 2-3 yılda bir giderek küçülmekte. Yüksek hızın ve daha iyi performansın sağlanması amacıyla tabaka inceliği de daralmakta ve yoğunluğu azalmakta, böylece paket boyutu da küçülmektedir. Area array paketlemede tabakalar arasında kalan iki boyutlu alan, Ieadframe`e göre daha çok pin alanı sağlar .Gerekli karşılaştırma Tablo 1`de verilmiştir.
Özellik Leadframe Paketleme Area Array Paketleme Maliyet Düşük, çok düşük Orta, Yüksek G/Ç Sayıları <100 >10 Kalınlık > ya da = 1.2rnrn 0,9mrn -1.2rnrn arasında Paket Ebadı/Tabaka > 1.5 < 1.2 Lehim Noktaları Görünür X-Ray`de görünür
Tablo 1 -Leadframe -Area Array Karşılaştırması ;Hafıza Paketleri:Dijital hafıza paketleri genel olarak iki tümleşik devre modeline ayrılır:Flash - SRAM ve DRAM. Paket büyüklüğü yarı iletkenin tabaka kalınlığına bağlıdır. Hafıza boyutu arttıkça, -işlemci düğümler küçülmediği takdirde- tümleşik devrenin boyutları da artacaktır. Günümüzde, DRAM üreticileri işlemci düğümlerine 110 nm ayırmaktadır. Samsung ve
Infineon yakında 90nm ve 70nm`ye inmeyi planlamaktadır. Günümüz DRAM paket özellikleri: Paket boyutu : 12x20rnrn ya da daha küçük G/Ç sayısı : <70 Güç : 1 watt Frekans : <600Mhz
``LOC Lead.frame Paketler``
LOC (kurşun kaplı çipler), 1990`1arda Hitachi tarafından performansın arttırılması ve paket boyutunun küçültülmesi amacıyla üretildi. Tümleşik devrenin vücuduna kurşun yayılmasıyla bağlanan tellerin uzunluğu kısaldı ve böylece uzun tellerin yarattığı yüksek endüktans etkisi azaltıldı. Bu şekilde paketlerde hedeflenen küçülme sağlandı. Standart kabul edilen TSOP (ince küçük dış paket -thin small outline package)`un yanı sıra pin sayıları 20 ile 80 arasında değişen TSSOP (daha ince küçük dış paket -thin shrink small outline package) ve TVSOP (ince çok küçük dış paket -thin very small outline package) da kullanılmaktadır. Pek çok DRAM TSOP pakette ``alaşım 42`` (42 Ni/Fe) denilen materyal kullanılmaktadır. Daha küçük paketlerde daha iyi elektrik iletkenliği ve daha iyi ısı iletimi sağlanması nedeniyle bakır (97CulNi) kullanılmaktadır.
``CSP Paketler``
CSP paketleri üç genel gruba ayrılabilir: QFN (dörtlü yassı kurşunsuz paketler -quad flat pack no lead), wBGA gibi ince tabakalı ve manyetik bant tabanlı ya da TCP (manyetik bant taşıyıcı paketler -tape carrier packages)`ler. Dördüncü bir grup olarak sayılabilecek alt tabakasız CSP , wafer Ievel paket olarak geçmektedir. Flash ve DRAMlerde ilk olarak yaygın kullanılan CSP mikro BGA`dır .Güncel hafıza kartlarının DIMM modüllerinde TSOP gibi Ieadframe paketlerin yerine kabul edilen ilk CSPdir. MikroBGA `nın kullandığı substrat ve iç sıcaklığa karşı dayanıklılık, güvenilirlik ve performansını arttırmıştır. Fakat mikroBGA, Ieadframe paketlerden daha pahalıdır. Bu yüzden daha ucuz alternatif CSP tasarımları farklı substratlar kullanılarak yapılmıştır. Window BGA bunlardan biridir.
``Plaka Yonga Paketleri ``
Plaka yonga paketleri, yığın aşamasında ekonomik avantaj sağlamak için yarı iletkenin fabrikasyon aşamasında işlenİf. Tabaka üzerindeki RDL (tekrar dağıtım tabakası - redistribution Iayer) CSP`deki substrat gibi davranır ve lehim noktaları ile düğüm noktaları arasındaki bağlantıyı sağlar .
Plaka yonga paketlerinin avantajları Genel çerçevede WLP`ler flash, SRAM ve DRAM gibi hafıza cihazlarının tüm gereksinimlerini karşılayacak düzeydedir. Avantajları
1. Hafıza cihazları düşük G/Çlere sahiptir. (<100)
2. Lehim düğümleri aktif tabakanın altındadır. (ön koruma)
3 .Hafiflik.
4. Küçük paket ebatları. (tabaka ebadına eşit).
5. Yüksek hızda uygulamalar için yüksek performans.
6. İyi sıcaklık performansı; ısı dağılımı sağlanır.
7. SMT (surface mount technology) assembly uyumlu.
8. Çoğu zaman alt dolguya gerek duyulmaz. (Ait dolgu ekstra maliyet getirir, WLP genellikle alt dolguya ihtiyaç duymaz) Bu avantajlara rağmen WLP günümüzde halen flash ve DRAM`lerde yaygın olarak kullanılmamaktadır. Kısıtlayıcı faktörler:
1. Üretimde yüksek maliyet. 2. İşlemede yüksek maliyet.
3. Test aşamasında yüksek maliyet.
4. Tabakanın yeni trendler doğrultusunda küçülme gereksinimi.
5. G/Ç sayısını kısıtlayan tabaka ebatları.
6. Alt dolguya ihtiyaç duyulan güvenilirliği sarsan durumlar.
;Diğer Çoklu Hafıza Çözümleri:``SiP (tek paket içinde sistem -system in package)`` SiP, tanımı gereği bir veya daha fazla aktif tümleşik devre, pasif elemanlar ve fonksiyon bloğu içermektedir. SiP`in en büyük avantajı entegre OEM`ler için pazara esnek ve hızlı çözümler sağlamasıdır. SOC (tek çip üzerinde sistem -system on a chip) ile karşılaştırıldığında SiP , karma tümleşik devre (mantık ve hafıza bir arada) içerir ve daha düşük maliyetlidir. ``Yığınlı CSP (yığınlı tabakalar)`` Bir diğer basit hafıza çözümü yığınlayarak bir paket içindeki yoğunluğu ya da fonksiyonları arttırmaktır. Şema 1`de görüldüğü gibi tümleşik devre yığınlama yüksek miktarda silikon gerektirir ve farklı şekillerde işlevsellik sağlanabilir.
Şema 1 -TSOP Tabaka Yığınlama
``Paket Yığınlama``
Tabaka yığınlamanın alternatifi paet yığınlamadır. Genellikle TSOP`lar çoklu üretim için yığınlanır. FBGA için yığınlama daha karmaşıktır.
``Üst Üste Paketler``
En yaygın konsept üst üste paketlerdir (POP -Package on Package). Paket içinde yığınlamanın da dışında, hafif paket diğerinin arkasına monte edilecek şekilde tasarlanır. POP`un pek çok avantajı vardır. Birincisi, yığınlanan paketler için özel test metotlarına ihtiyaç duyulur. İkincisi, paket yığınlamada yığınlama öncesi maliyet hesaplanmaz.
Ultra-İnce Elektronik Cihaz Paketi
Daha küçük ve daha İnce bugünün elektronik pazarındaki eğilimi oluşturmaktadır . Tüketiciler, daha fazla fonksiyonu, daha küçük boyutta ve daha ucuz bir fiyata talep etmektedirler. Portatif elektronik pazarı bu yeni gelişmenin en iyi örneğidir. Aletlerin şekil faktörü küçüldüğü için, birleştirme alanları ve kart alanları çok önem kazanmaktadır .İnce ve yüksek IC kapasiteli parçalar açık rekabet avantajları sağlamaktadır. Yüksek yoğunluklu substrate, CSP (çip skala paketi), flip çip vs. herkesin yol haritasında önemli bir yere sahiptir. Esnek elektronik, endüstride ileriyi görenler için bir başka önemli noktadır. Elektronik aletleri sert kutulu form faktöründen uzaklaştırmak yeni bir büyüme dalgasını sürükleyecek güçlü bir akım sağlar. Üzerine bir çok entegre devrenin yerleştirildiği silikon maalesef sert ve kırılgan bir maddedir. Buna rağmen, eğer IC kalınlığı silikonun içindeki bükülme stresinin kırılma limitleri içinde bir seviyeye indirilirse, esnek bir silikon alet -en azından teoride- mümkün görülmektedir. Bu çalışmada biz üç hedefe ulaşmaya çalışıyoruz. Birincisi, mümkün olan en ince alet paketini yapmak. Birçok CSP yönteminde, silikon kalıbının kendisi de paket kalınlığının önemli bir oranını oluşturmaktadır. Daha fazla kalınlık azalması elde etmek için, bir sonraki adımın, silikon çiplerin herhangi bir fonksiyona sahip olmayan kısımlarının minimize edilmesi olduğuna inanıyoruz. İkincisi daha hırslı bir amaç; esnek ve düz olmayan yüzeylere de takılabilen bir alet paketi göstermek. Üçüncü amaç; önceden yapılan 2 high ince paketlerini kullanarak 3 boyutlu paket yapısı oluşturmak. Bu özellikle kart alanı sınırlı olduğunda daha kullanışlıdır. Kart alanı kazanmak için, çoklu ince IC paketleri üst üste takılabilir. Her bir paket çok ince olduğundan, takılanların yığını hala boşluk payı için yeterli olacaktır. Bu amaçlara ulaşmak için bizim stratejimiz, ultra ince silikon IC çiplerini esnek devre substrateleri ve yapışkan flip çip teknolojisi ile birleştirmektir. Ön bilgi kalıp birleştirmelerinde pasif bir test kullanılarak elde edildi ve gösterdi ki; ince bir çip paketindekileri birbirine bağlayan yapışkan, çevresel stres testinde sağlam kalmıştır. Biz aynı zamanda 150 mikrondan daha ince bir 512 Kbyte SRAM hafıza modülünü de birleştirdik. Ve bu modül gerçekten düz olmayan yüzeylere takılabilecek kadar esnektir. Bu ultra-ince modüllerden iki tanesini 1 Mbyte hafıza kapasitesine sahip bir 3D paketi oluşturmak için kullanıldı ve bu halen kullanılan ve aynı tasarıma sahip paketlerden 30 kat daha ince ve 30 kat .daha hafifti. Bu yeni 3D paket yapısı eşsiz bir ağırlık ve boyut azalması sunmaktadır.
Tasarım Mantığı ve Teknoloji Seçimi
``Paketleme Mimarisi``
Konseptin fizibilitesini göstermek için 8 çipli SRAM hafıza modülü test aracı olarak seçildi. Bu ultra ince 3D paketinin önemli özellikleri, ince İC kalıplarının kullanılması, ince bağlantı substrate kullanılması, ince yapışkan flip çip bağlama metodunun kullanılması ve basit 3D yapma işlemidir. 8 hafıza çipi, bölünerek kübik 2x2x2 paket düzenlemesine sahiptir. Bu kübik yapının temel yapı bloğu 2x2 düzeninde ve iki-rota-katmanlı esnek devre substrate`den oluşan 2x2 alt birleştirmedir. Çipler substrate`ye iletken yapışkan kullanılarak birleştirilmiştir. Hafıza çipleri arasında bağlantı olmadığı için, çiplerin üzerindeki tüm G/Ç esnek devrenin bir ucunda bağlantı pad sırasına döndürülmüştür. Her bir padin altında substrate`nin arka yüzünü bağlayan metal tamponlar bulunmaktadır. Bu alt birleşimlerden iki tanesi birbiri üstüne takılarak 3D 2x2x2 jübik yapı şeklini oluştururlar. İki alt bileşen, kitap cildine benzer şekilde bağlantı padlerinin yer aldığı devre kenarından birleşir. Bu yöntem IC çiplerinin zarar görme riskini minimuma indirir, belli bir dereceye kadar paket esnekliğini korur ve 3D paket yoğunluğuna da zarar vermez. Kullanım olarak, alttaki alt bileşen Kat-l ve üstteki alt bileşen Kat-2 olarak adlandırılır. Çip Bağlantısı Teknoloji Seçimi İnce çipi substrate devreye bağlamak temel zorluklardan biridir. Bağlantı tasarımı son paket kalınlığını artırmamalı ve aynı zamanda yüksek yoğunluklu, düşük maliyetli üretime de uygun olmalıdır. Yapışkan flip çip teknolojisi ihtiyaca çok iyi uymaktadır. 6-10 Bu teknolojide, bir anisotropic iletken film (ACF) yapışkanı IC çipini substrate devresine bağlamak İçin kullanıldı. Birleştirme işlemi esnasında, ACF`nin polimerik içeriği çipi ve substrate`yi beraber iyileştiriyor ve birleştiriyor, bu esnada, iletken parçacıklar çip ve substrate arasında IC`den substrate`ye elektrik köprüleri kuruyor .Bu işlem, tüketici elektroniği montaj ve üretiminde yıllardır kullanılmaktadır ve yüksek G/Ç count`unda, yüksek yoğunluklu IC paketi alanında ivme kazanmaktadır. Yapışkan flip çip paketinin birleşme çizgisi yani çip yüzü ile paket substrate`si arasındaki mesafe çok küçüktür, genellikle 25 mikrondan daha az. Lehimli flip çip ve kablo bağlantısı gibi diğer paketleme yöntemlerine kıyasla bu durum toplam paket kalınlığına çok az etkide bulunmaktadır. İnce çip birleşimi için yapışkan flip çip kullanımı ile ilgili bir sorunlardan bir tanesi çip kırılmasıdır. Birleştirme işlemi, G/Ç padleri arasındaki iletken parçacıkları sıkıştırmak için
oldukça yüksek bir güç (onlarca yüzlerce psi) kullanmaktadır. Bu kadar yüksek bir güç narin ince çipi kırabilir.
``Substrate Devre Teknolojisi Seçimi``
İnce ve esnek bir substrate bizim paket mimarisinde esastır .Hafıza tasarımı ikiden fazla kablo katmanına gereksinim duymazken, daha kompleks tasarımlar , özellikle mantıksal ICler içeren tasarımlar çoklu katmanlı devrelere ihtiyaç duyarlar. Paketleme işleminin çoklu katmanlı substrate gereksinim duyan sisteme dönüştürebileceğinden emin olmak için, 3M LMI (Laminated Micro-Interconnect) teknolojisi kullanarak hafıza modül tasarımı için iki katmanlı devre üretildi. LMI patentli bir 1ampon bağlantı tekniği kullanır ve yüksek yoğunluklu çoklu katmanlı bir devre oluşturmak için çoklu, metal ve esnek katmanları üst üste yerleştirir. LMI tasarım kuralı herhangi bir bölgedeki kör ve gömülmüş, 40 mikron çizgi ve boşluğu destekler, 50 mikron via boyutu ve 125 mikron koruma padi. İki metal katmanlı bir LMI substrate için toplam kalınlık yaklaşık 75 mikrondur.
Silikon IC İnceltme İşlemi
Silikon kalıbı plaka şeklinde satın alınır ve patenti Microelectronics Araştırma Laboratuarına ait bir yöntemle arkadan inceltilir. İnceltilen kalıp kesme ve çalışma kolaylığı için desteleyici boş bir silikon kalıba yapıştırılır. Aktif SRAM aleti için her bir kalıp henüz kesilmeden önce test edilir. Burada sunulan çalışma için 50 mikron kalınlığında kalıp kullanılmıştır.
Pasif Kalıp Montajı ve Performansı
Aktif SRAM kalıpla çalışmadan önce, ince kalıp birleşimi ile ilgili tecrübe kazanmak için önce pasif test aracı montajı yapılır. Pasif test aracı montajı aynı zamanda bağlantı yapışkanının kalitesi hakkında da fikir verir. Test kalıbı papatya zinciri ve Kelvin test yapısına sahip bir 3M DI20XA tasarımıdır. Esnek substrate devresi iki tek-yüzü-metal devre ve katmanlı yapıştırıcıdan oluşan 3M LMI devredir. Kalıptaki tüm test yapıları devrenin bir ucunda test pedine döndürülmüştür. Test kalıbındaki alüminyum G/Ç padleri, silikon nitrat pasifize yüzeyinden yaklaşık 2 mikron ayrılmıştır . Çip birleştirmesi için 3M deneysel anisotropic iletken film yapıştırıcı kullanılmıştır. İnce iletken parçacıklar yapışkan filme gömülüdür. Test kalıbı önce bir eritken kullanılarak destek çipinden ayırtılır, sonra flip çip birleştiricisi kullanılarak substrate devreyle birleştirildi. Her bir çip için 40 bağlantı test noktası mevcuttur. İlk data noktaları tüm 9 çipi içerir .9 çipten
üç tanesi termal yaşlanma için 125C de 1000 saat test edildi, üç tanesi ısı nemi yaşlanması için 85C/85%RH de 1000 saat test edildi ve üç tanesi ısı döngüsü için -40C den 125C ye 275 döngü test edildi. Birleştirilen il1celtilmiş kalıp için stres testi performansı şaşırtıcı derecede iyi idi, hatta normal kalınlıkta (yaklaşık 20 mil) ve aynı iletken yapışkan ve substrate devreden daha iyiydi. çünkü kalıp o kadar ince ki kolaylıkla kalıp ile devre arasındaki CTE uyumsuzluğunu giderecek kadar esneyebiliyor. Başka bir deyişle, kalıbı bükmek çok az bir güç gerektiriyor, böylece bağlantı noktasında çok az stres oluşuyor .
Hafıza Modülü Montajı ve Performansı
``SRAM Modülü Elektrik Tasarımı``
Bu çalışmada kullanılan hafıza çipi bir Motorola MCM6226BB 128 x 8 bit SRAM dir. Bir 2x2 alt bileşeni 512 Kbyte hafıza kapasitesine sahiptir. 2x2x2 3D modülü 1 Mbyte kapasiteye sahiptir ve JEDEC 64 pin SIMM kart 1 Mbyte (256 k x 32) SRAM modül standardına göre tasarlanmıştır. Güç ve toprak pinlerinin yanı sıra, her bir çip 8 bit genişliğinde data bus, 17 adres satırı, bir low-enable, bir hi-enable, bir yazma enable`ı ve bir okuma enable`ına sahiptir. Kat 1 ve kat 2 alt bileşenlerinin her ikisi için de her bir çipin data satırları 32 bit data bus oluşturması için yönlendirilirken, AO-16 adres satırları yazma enable`ı, okuma enable`ı ve low-enable`ı dört çip arasında paylaşılacaktır. Kat 1 ve kat 2 arasındaki fark A17 satırının nasıl kullanıldığı ile ilgilidir. Kat 1 alt bileşeni için yüksek çip olanaklı E2 pinleri direkt olarak A17 adresine yönlendirilirken, kat 2 att bileşeni hi-enable`lı E2 pinleri ters mantıkta A17`ye yönlendirilmiştir. İki alt bileşen bir araya geldiğinde, ayrı iki pad ` e yönlenen E2 hariç kat 1 alt bileşenindeki tüm pinler kat 2 alt bileşenindeki eşleri ile bağlanırlar. Devrenin üstündeki geniş dikdörtgen padler 3D oluşumu esnasında elektrik için ve SIMM test kartına ara yüz için bağlantı padleridir .Her bir padin attında devrenin alt yüzeyinde pad`e elektriksel olarak bağlanmış iki metal tampon vardır. Esnek devre yaklaşık 1 x 0.8 inçtir. Eğer işlem testi için gerekirse her bir çip için yeterince boşluk vardır. SRAM modülünü test etmek amacıyla, piyasadan alınan standart bir SRAM testine hafıza modülünü bağlamak için bir PWB ara yüz kartı kullanıldı. Bu test kartının bir ucunda direk bağlantı için JEDEC standardında 64 pin SIMM kart bağlantısı ve diğer ucunda hafıza substrate devresiyle eşleşen küçük padler dizisi yer alır. Yüzeyin montaj parçası SIMM karta takılmıştır. Esnek substrate`yi SlMM karta bağlamak için mekanik bir kıskaç mekanizması kullanılmıştır.
``Esnek Devre Üretimi``
Paketlenen susbtrate devresi, iki tek-metal esnek devrenin 3M patentli LMI teknolojisi ile birleştirilmesi ile üretilmiştir. Her bir katman birleşmeden önce incelenmiş ve birleştirilen devreler çip eklenmeden önce açık ve kısa devreye karsı test edilmiştir. Birleştirilen devreler yaklaşık 75 mikron kalınlığındadır.
``Flip Çip Bağlantısı``
Hafıza çipi 8 mikron kalınlığında polyimid pasifize katmanına sahiptir ve Al G/Ç padleri bu yüzden çipin yüzeyinden -8 mikron aşağı çekilmiştir. Derin çekilme iletken parçacıkların sıkışmasını çok zorlaştırmıştır. Ayrıca, G/Ç pad`inden sadece 50 mikron ötede tüm çip boyunca G/Ç padlerini çevreleyen, görünen bir Al halkası mevcuttur. Metal halka, çipin içindeki güç pinine elektriksel olarak bağlanmıştır. Substrate üzerindeki ortak iletken yol, birleşim padine ulaşmadan önce bu halkanın altından geçmelidir .Sonuç olarak, iletken parçacıklar devre yolları ile Al halkası arasında sıkışıp güç sisteminde kısa devreye sebep olurlar. Çözüm için hızlı bir çalışma. çip G/Ç padlerini altın tampon kullanarak hafıza kalıbını pasifize katmanının ötesine yükseltmeyi önerdi. Tampon yaklaşık 25 mikron yüksekliğinde veya polyimid pasifize katmanından yaklaşık 17 mikron yukarda. Tercih edilen tampon yüksekliği pasifize yüzeyinden -5 mikron yukarıda ki buna seri üretimde oldukça düşük maliyetli olacak elektriksiz Ni/Au tamponu kullanarak ulaşılabilir. Uzun tamponlar, flip çip bağlanması sırasında yüksek stres oluşturabilir ve çiplerin daha sık kırılmalarına sebep olabilirler . İnce hafıza kalıbını birleştirmek için önce 50 mikron kalınlığındaki ince hafıza çipi, aradaki yapıştırıcıyı çözecek bir eritken madde kullanılarak destek çipinden ayrılır. Bu noktada kalıp esnektir fakat kendi kendine düz kalabilir ve vakumlu tutacak aletleriyle kolayca tutulabilir. Sonra bu ince kalıp, flip çip bağında bir esnek devre substrate`ye bağlanabilir. Kullanılan yapıştırıcı, 3M deneysel termoset materyalidir. Her bir çipi birleştirmek için 15lb`ye kadar güç kullanılmıştır. Kalıp ebatlan 0.15 x 0.4 inçkare olduğundan bu güç yaklaşık 250 psi `ye dönüşür .Genellikle çipler birleşme sırasında kırılırlar. Birleşene iki termod`un paralel olmaması ince kalıp üzerinde eşit olmayan basınca sebep olduğundan çip kırılmalarının temel nedenidir. Yüksek Au tamponu çip kırılmalarının diğer temel nedenidir. Biz halen ürünü geliştirmek için birleşme optimizasyonu üzerinde çalışmaktayız. Adres ve kontrol pinleri tüm çipler arasında paylaşıldığından, eğer modül başansız olursa, bunun hangi çipten kaynaklandığını bilmenin bir yolu yok. Teşhis bilgisi elde etmek için, modül her çip takıldıktan sonra test edildi. Her bir pin arasındaki DC direnci ve güç pini
yaklaşık 2-4 ohm olmalıdır ve bunların haricindeki değerler zayıf bağlantı olduğunu gösterir. AC testi hafıza testinde yapıldı. Test ifadeleri adres yolunu, kontrol kartını ve marchingi içerir. Tablo 1, bir 3D 1 Mbyte SRAM modülü için nanosaniye cinsinde erişim zamanı açısından fonksiyon testi sonuçlarını gösteri . 5 tane arızalı data pini var. Dört tanesi kat 2`de ve bir tanesi de Kat 1`de. İlerleyen teşhis testlerinde bulundu ki; bunlara data yazılıp okunabildiği için bu data pinleri sorunsuz. Tüm adres satırları da sorunsuz. Bu yüzden sorun çipin içinde yani, hafıza hücrelerinin bir bölümüne bir şekilde erişilemiyor. Sorun kalıptan kaynaklanıyor olabilir veya tampon yapma esnasında zarar görmüş olabilir ya da çip birleştirme işlemi esnasında da zarar görmüş olabilir , fakat biz henüz kesin nedeni bilmiyoruz. 512 Kbyte 2x2 hafıza alt bileşeni esneklik dayanıklılığı için test edildi. Bu test hafıza modülünü bir silindir etrafına sarmayı da içeriyor ve bu testi fonksiyon testi takip ediyor. Tablo 2 test sonuçlarını listeler.
Özet
Hafıza paketleri ebatları, tabaka boyutları ile birlikte küçülmektedir .LOC Leadframe Paketleme uygulamaları ile TSOP paketlerinin maliyetleri azalmakta; flash, SRAM ve DRAM`lerin hafıza ebatları artmaktadır. Fakat yeni jenerasyon DDR2 SDRAM hafızalarında CSP türü FBGA, yüksek performans ve iyi ısı iletimi sağlaması nedeniyle, standart hafıza paketleme metodu olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda, yukarıda anlatılan çoklu hafıza paketi çözümleri daha çok taşınabilir sistem ve geniş bant uygulamalarda kullanılmaktadır. Ultra ince SRAM hafıza paketi, ince çip, ince esnek substrate ve yapışkan flip çip bağı kullanılarak yapılmıştır. 512 Kbyte SRAM parçası 150 mikrondan daha ince bir kalınlıktadır ve düz olmayan yüzeylere takılabilecek esnekliktedir. Bu eşsiz özellik, yeni uygulamalara götürebilir ve elektronik endüstrisinin uzandığı yerleri artırabilir. İki ince hafıza paketi 1 Mbyte 3D hafıza modülü oluşturacak şekilde birleştirilmiş ve bu paket günümüzde kullanılanlardan 30 kat daha hafif ve 30 kata daha ince olmuştur.
Kaynaklar
1. Wei Koh,, Memory Device Packaging -From Lead.frame Packages to Wafer Level Packages, IEEE.
2. Kevin Chen and Robert Zenner -Ultra-thin E/ectronic Device Packege, IEEE
